【導(dǎo)讀】數(shù)字調(diào)制技術(shù)是移動(dòng)通信中實(shí)現(xiàn)高速、高效通信的重要保證。的通信方式間的轉(zhuǎn)換.而數(shù)字調(diào)制作為軟件無線電的主要環(huán)節(jié)，其重要性不言而喻。進(jìn)行深入的分析。最后我會(huì)努力找出出現(xiàn)這些結(jié)果的真正原因，并想出合理方法來避。己今后從事無線通信系統(tǒng)的開發(fā)奠定重要的基礎(chǔ)。并通過對(duì)各種數(shù)字調(diào)制方法的比較。頻帶利用率，信噪比，頻譜溢出等，才能設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。

　　

【正文】 %AWGN 信道噪聲 r=s+n。 %接收信號(hào) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 y=r.*c。 Lpfil=LPF(fc)。 %低通濾波器 Y=T2F(y)。 yrt=real(F2T(Lpfil.*Y))。 yr=yrtmean(yrt)。 yr(yr0)=1。 %發(fā)送比特 yr(yr0)=0。 subplot(3,1,1) plot(t,m,39。LineWidth39。,) title(39。輸入信號(hào) 39。)； axis([1,+1,*max(m)]) xlabel(39。t (ms)39。) ylabel(39。s(t) (V)39。) subplot(3,1,2) plot(t,s,39。LineWidth39。,) title(39。2ASK 調(diào)制后波形 39。)。 axis([1,+1,*min(c),*max(c)]) xlabel(39。t (ms)39。) ylabel(39。s(t) (V)39。) subplot(3,1,3) plot(t,yr,39。LineWidth39。,) axis([1,+1,*max(yr)]) title([39。2ASK 解調(diào)后的波形 39。]) xlabel(39。t (ms)39。) ylabel(39。s(t) (V)39。) 其中的子程序 T2F 如下： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 function X=T2F(x) global dt df N t f T %x 為時(shí)域的取樣值矢量， X 為 x 的傅氏變換， X 與 x 長度相 同并為 2 的整冪 H=fft(x)。 X=[H(N/2+1:N),H(1:N/2)]*dt end 圖 2ASK 的調(diào)制解調(diào)波形示意圖 其中的子程序 F2T 如下 : function x=F2T(X) global dt df t f T N %x 為時(shí)域的取樣值矢量， X 為 x 的傅氏變換， X 與 x 長度相同并為 2 的整冪 X=[X(N/2+1:N),X(1:N/2)]。 x=ifft(X)/dt。 end 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 其中的子程序 LPF 如下： function y=LPF(fc)。 %實(shí)現(xiàn) 低通的頻域形式 global dt df N t f T Bs=N*df/2。 %系統(tǒng)帶寬 x1=(Bsfc/2)*N/(2*Bs)。 x2=(Bs+fc/2)*N/(2Bs)。 y=zeros(1,N)。 y(x1:x2)=1。 根據(jù)上述程序，得到調(diào)制 /解調(diào)曲線如圖 所示。可以看出， 2ASK 調(diào)制 /解調(diào)后正確恢復(fù)了原來的信號(hào)。 2ASK 調(diào)制 /解調(diào)的 FPGA 實(shí)現(xiàn) （ 1） 使用 Verilog 實(shí)現(xiàn) 2ASK 調(diào)制 module two_ASK(clk,reset,x,y)。 input clk。 //模塊工作時(shí)鐘 input reset。 //模塊控制信號(hào) input x。 //輸入信號(hào) output y。 //調(diào)制輸出信號(hào) //t 是分頻計(jì)數(shù)器 reg[1:0] t。 //carriers 是要調(diào)制的載波信號(hào)，將輸入信號(hào) clk 經(jīng)過 4 分頻得到 reg carriers。 always@(posedge clk).begin if(!reset)begin t=239。b00。 carriers=0。 end else begin if (t==239。b11) begin t=239。b00。 carriers=~carriers end 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 else begin carriers=carriers。 t=t+1。 end end end //對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 assign y =x amp。 carriers。 endmodule 上述程序經(jīng)過綜合，就可以得到如圖 所示的 RTL 結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 two_ASK 模塊綜合后得到的 RTL 結(jié)構(gòu)示意圖 在 Quartus 中仿真后，其結(jié)果如圖 示。 圖 two_ASK 模塊仿真結(jié)果局部示意圖 (2)使用 Verilog 實(shí)現(xiàn) 2ASK 解調(diào) module ASK_two(clk,reset,x,y)。 input clk。 input reset。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 input x。 output y。 reg y。 reg[2:0] t。 //計(jì)數(shù)器 reg[2:0] m。 //記錄 x 的脈沖數(shù) always @(posedge clk) begin //完成 t 的循環(huán)計(jì)數(shù) if(!reset) begin t=339。b000。 end else if(t==339。b111)。 t=339。b000。 else t=t+1。 end always@(posedge x) begin //此過程完成 two_ASK 信號(hào)的解調(diào) if(!reset) begin m=339。b000。 end else begin if(t==339。b110) begin if(m=339。b010) //只要 m 計(jì)數(shù)器超過 3，就判決為 1 y=139。b0。 else y=139。b1。 m=339。b000。 //清空 m 計(jì)數(shù)器 end else m=m+1。 end end endmodule 上述程序經(jīng)過綜合，可以得到如圖 所示的 RTL 結(jié)構(gòu)示意圖。 在 Quartus 中仿真后，其結(jié)果如圖 所示。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 two_ASK 模塊綜合后得到的 RTL 結(jié)構(gòu)示意圖 圖 two_ASK 模塊仿真結(jié)果局部示意圖 MQAM調(diào)制 /解調(diào)的實(shí)現(xiàn) 在現(xiàn)代通 信中，頻譜和功率都是珍貴的資源，如何有效提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。單獨(dú)使用幅度或者相位攜帶信息時(shí)，不能充分利用信號(hào)平面，頻譜利用率不高，對(duì)頻譜資源是一種浪費(fèi)。因此傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式已不能滿足應(yīng)用的需求，需要采用新的調(diào)制方式以減小信道對(duì)所傳信號(hào)的影響，以便在有限的帶寬資源條件下獲得更高的傳輸速率。這些技術(shù)的研究，主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進(jìn)制調(diào)制是提高頻譜利用率的有效方法，恒包絡(luò)技術(shù)能適應(yīng)信道的非線性，并且保持較小的頻譜利用率。正交振幅調(diào)制（ Quadrature Amplitude Modulation,QAM）就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，這種調(diào)制方式用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對(duì)相互正交的載波進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，充分利用整個(gè)信號(hào)平面，頻譜利用率高，目前已經(jīng)在中、大容量數(shù)字微通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 [2]。 QAM 調(diào)制 /解調(diào)的基本原理 （ 1） MQAM 調(diào)制原理 )c os ()()( ncsn nM Q A M twnTtgAtS ???? ? () 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 式中， An 是攜帶信息的離散振幅值，進(jìn)制數(shù) M 不同， An 的取值范圍也不同； g(tnTs)是成型后的基帶波形，要滿足沒有碼間干擾的條件。上述 MQAM 表達(dá)式還可以寫成正交表示形式 tnTtgAtnTtgASCnSn nn SnM Q A M ???? s i n]s i n)([c os]c os)([ ???? ?? () 從 ()式可以看出， MQAM 已調(diào)信號(hào)有兩路相互正交的載波疊加而 成，每路載波都被離散振幅調(diào)制。將兩路的離散振幅分開寫如下 : AdAY AcAX nnnn nnnn ?? ?? ??sinc o s () 則 MQAM 已調(diào)信號(hào)的正交表示式可以寫成： ttYttXtnTtgYtnTtgXS cccSn ncSn nM Q A M ???? s i n)(c os)(s i n)]([c os)]([ ?????? ?? () ? 圖 QAM 信號(hào)調(diào)制原理圖 根據(jù)式 ()可以得到 MQAM 信號(hào)調(diào)制原理圖，如圖 所示。信號(hào)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，為了抑制已調(diào)信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，避免由于信道帶寬有限而造成碼間干擾，基帶信號(hào)要經(jīng)過預(yù)調(diào)制低通濾波器，濾波后的信號(hào)經(jīng)過正交載波調(diào)制，得到I、 Q 兩路信號(hào)，兩路信號(hào)的相加和即為 MQAM 已調(diào)信號(hào)。 （ 2） MQAM 解調(diào)原理 MQAM 信號(hào)可以采用正交相干解調(diào)方法解調(diào)，多電平判決器對(duì)多電平基帶信號(hào)串 /并 轉(zhuǎn)換 預(yù)調(diào)制 LPF 預(yù)調(diào)制 LPF 2 到 L 電平變換 2 到 L 電平變換 cost?wt sinwt Am Bm 已調(diào)信號(hào)輸出 y（ t） 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 進(jìn)行判決和檢測(cè)，分別恢復(fù)出速率等于 Rb/2（ Rb 為信息速率）的二進(jìn)制序列，最后經(jīng)過并 /串轉(zhuǎn)換器將兩路二進(jìn)制序列合成一個(gè)速率為 Rb 的二進(jìn)制信息。實(shí)際上在MQAM 相干解調(diào)器中，最關(guān)鍵也是最難實(shí)現(xiàn)的模塊是同步模塊，包括載波恢復(fù)模塊和定時(shí)恢復(fù)模塊。同步模塊也是所有想干解調(diào)器的關(guān)鍵模塊。圖 為 MQAM 信號(hào)相干解調(diào)的框圖。 圖 MQAM 信號(hào)相干解調(diào)原理圖 （ 3） QAM 抗噪聲性能 M 進(jìn)制方型 QAM 的誤碼率為 ]1l og3)([)11(2 2??? L LnEe r f cLp obe () 式 ()中， M=L2， Eb 為每比特碼元能量， n0為噪聲單邊功率譜密度。 QAM 調(diào)制 /解調(diào)的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) 用 MATLAB 實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)序列的 16QAM 的調(diào)制和解調(diào)，并繪制信噪比為 10dB情況下的 調(diào)制信號(hào)星座圖。程序名為 . M=16。 %M 進(jìn)制 x=randint(5000,1,M)。 y=modulate((M),x)。 %調(diào)制 ynoisy=awgn(y,15,39。measured39。)。 %加噪聲 scatterplot(y)。 figure。 scatterplot(ynoise)。 載波恢復(fù) LPF 多電平判決電路 定時(shí)恢復(fù) 多電平轉(zhuǎn)換 L 到 2 電平變換 L 到 2 電平變換 并 /串變換 LPF 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 z=demodulate((M),ynoise)。 %解調(diào) [num,rt]=symerr(x,z) %計(jì)算誤比特率 運(yùn)行上述程序，就可以得到如圖 所示的星座圖指標(biāo)。從中可以看出，經(jīng)過加噪處理后，信號(hào)的星座圖明顯變差，也同時(shí)表明 QAM 信號(hào)的容噪性能很弱，只能工作在高信噪比的情況下，在較低的信噪比情況下，仍然需要使用 QPSK。甚至 BPSK信號(hào)來保證傳輸?shù)恼_性 [5]。 圖 QAM 的信號(hào)星座圖 QAM 全數(shù)字調(diào)制器的 FPGA 實(shí)現(xiàn) 使用 Verilog 實(shí)現(xiàn)全數(shù)字的 16QAM 調(diào)制器，假設(shè)載波的頻率為 1MHz,數(shù)據(jù)比特流的速率為 100Kbps。在實(shí)現(xiàn)時(shí)